Gli ingranaggi sinterizzati, noti anche come ingranaggi in metallo in polvere, sono realizzati mediante il processo di metallurgia delle polveri (PM). Presentano una geometria quasi netta e profili dei denti precisi, importanti per un'efficiente trasmissione della coppia nei sistemi meccanici. Gli ingranaggi sinterizzati sono prodotti utilizzando leghe a base di ferro e altri materiali in polvere a base di nichel o rame per garantire la resistenza e la durata richieste. Questi ingranaggi trovano applicazione in vari settori, tra cui l'industria automobilistica, gli utensili elettrici e i macchinari industriali. Un vantaggio chiave di ingranaggi in polvere di metallo è la loro produzione conveniente, che riduce al minimo gli sprechi di materiale e le lavorazioni secondarie rispetto ai metodi tradizionali di forgiatura o fusione.
Contenuti
Processo di produzione di ingranaggi sinterizzati
Miscelazione delle polveri
Il processo di produzione di ingranaggi sinterizzati inizia con la conversione del metallo in polvere. Questa polvere metallica fine si ottiene tramite uno qualsiasi di questi processi:
Atomizzazione
L'atomizzazione è un metodo ampiamente utilizzato in cui il metallo fuso viene disintegrato in goccioline finissime mediante un getto di gas o liquido ad alta pressione. Le particelle di polvere risultanti possono variare notevolmente in dimensioni, da 10 µm fino a 500 µm.
- Atomizzazione del gas produce tipicamente particelle sferiche di dimensioni comprese tra 15 e 250 µm.
- Atomizzazione dell'acqua spesso si ottengono particelle di forma irregolare con una dimensione media compresa tra 50 e 150 µm.
Elettrolisi
Le polveri metalliche prodotte tramite elettrolisi hanno generalmente dimensioni delle particelle comprese tra 25 e 200 µm. Tuttavia, la dimensione e la morfologia delle particelle possono essere influenzate da vari parametri elettrolitici, come la densità di corrente.
Riduzione dei minerali metallici
Questo processo produce tipicamente polveri eccellenti. Per le polveri di ferro carbonilico e nichel ottenute tramite decomposizione chimica, la dimensione delle particelle è generalmente compresa tra 1 e 8 µm.
compattazione
Durante il processo di compattazione, uno stampo ad alta precisione, della geometria desiderata dell'ingranaggio, viene riempito con una miscela di polveri. La pressione di compattazione generale è di circa 400-800 MPa. Questa fase determina la geometria finale dell'ingranaggio. Qualsiasi tipo di imperfezione in questa fase può portare a incongruenze e debolezze strutturali nel componente finale.
sinterizzazione
Ora il patto verde è sottoposto a processo di sinterizzazione, dove viene riscaldato ad alta temperatura, inferiore al punto di fusione, in un forno di sinterizzazione ad atmosfera controllata. Per i componenti in ferro, le temperature di sinterizzazione possono raggiungere i 1120 °C, mentre per i componenti in acciaio inossidabile sono necessarie temperature fino a 1250 °C. Durante la sinterizzazione, le particelle di polvere adiacenti si fondono, determinando un aumento della densità del componente.
Operazioni secondarie
Nella metallurgia delle polveri (PM), le operazioni secondarie sono processi post-sinterizzazione eseguiti per migliorare la precisione dimensionale, la qualità superficiale e la resistenza meccanica del componente. Le operazioni secondarie più comuni sono:
dimensionamento
Durante la sinterizzazione, l'ingranaggio può subire lievi distorsioni dimensionali, motivo per cui viene sottoposto a dimensionamento. In questo caso, l'ingranaggio sinterizzato viene reinserito in uno stampo ad alta precisione e sottoposto a una pressione moderata. Questo processo deforma leggermente la superficie per ottenere tolleranze più strette e sigillare le porosità aperte. Il dimensionamento può raggiungere livelli di tolleranza di ±0.01 mm nelle applicazioni di precisione.
lavorazione a macchina
Per ottenere caratteristiche più complesse, l'ingranaggio sinterizzato viene ulteriormente sottoposto a un processo di lavorazione che comprende: foratura, tornitura, fresatura, rettifica e levigatura di fori, facce e denti degli ingranaggi.
Trattamento della superficie
Gli ingranaggi sinterizzati vengono inoltre sottoposti a trattamento superficiale per migliorarne la resistenza all'usura e la protezione dalla corrosione. Per il trattamento superficiale, vengono adottati diversi metodi di finitura a seconda delle esigenze, come la sbavatura vibratoria, la lucidatura, la lappatura, il rivestimento e la placcatura.
Trattamento termico
Dopo la sinterizzazione, viene effettuato un trattamento termico per ottenere la combinazione desiderata di durezza, resistenza e resistenza all'usura. Possono essere utilizzati trattamenti come ricottura, tempra, rinvenimento e cementazione.
Materiali in polvere metallica per ingranaggi sinterizzati
Ferro puro e leghe a base di ferro
Il ferro puro e le leghe a base di ferro, come gli acciai Fe-C (ferro-carbonio) e le leghe Fe-Cu-C, sono i materiali più comuni ed economici utilizzati per la produzione di ingranaggi sinterizzati. I produttori preferiscono questi materiali perché offrono buona resistenza meccanica e durevolezza.
Acciaio inossidabile e acciai legati
L'acciaio inossidabile (316 e 304) è noto per la sua resistenza all'ossidazione, che impedisce la corrosione del componente. Per questo motivo, viene utilizzato per la produzione di ingranaggi sottoposti a condizioni gravose.
Lega di rame
Il rame e le sue leghe vengono utilizzati nella produzione di ingranaggi grazie alla loro elevata resistenza chimica all'ossidazione, all'eccellente conduttività termica e alle proprietà amagnetiche. Tali ingranaggi sono particolarmente adatti per applicazioni a basso carico esposte ad ambienti corrosivi o ad alte temperature. Queste leghe includono:
Bronzo
Il bronzo, una lega composta principalmente da rame (Cu) e stagno (Sn), è uno dei materiali più affidabili per la produzione di ingranaggi sinterizzati. Questo grazie alle sue proprietà quali elevata resistenza, durezza, resistenza all'usura e alla corrosione. Tra queste, è considerato ideale per applicazioni che richiedono durata a lungo termine e funzionamento regolare.
Ottone
È una lega di Cu e Zn; l'aggiunta di Zn al Cu ne riduce la duttilità e ne aumenta la resistenza. Gli ingranaggi sinterizzati realizzati con queste leghe vengono utilizzati in ambienti a basso carico, come strumenti di precisione o piccoli dispositivi meccanici.
Vantaggi degli ingranaggi sinterizzati
Tolleranze strette
Uno dei principali vantaggi della produzione di ingranaggi tramite sinterizzazione è la possibilità di ottenere un'eccezionale precisione dimensionale. Gli ingranaggi sinterizzati possono mantenere costantemente tolleranze fino a ±0.01 mm, garantendo ingranaggi precisi e prestazioni affidabili.
Coerenza di qualità
La produzione in serie offre un'elevata ripetibilità poiché ogni ingranaggio viene prodotto utilizzando la stessa matrice, mantenendo costanza e precisione. Ciò garantisce una qualità uniforme in tutti i lotti.
Razionalizzazione dei costi
La sinterizzazione degli ingranaggi richiede meno lavorazioni meccaniche, meno sprechi di materiale e spesso elimina la necessità di processi di finitura secondari rispetto agli ingranaggi lavorati meccanicamente. Questo li rende convenienti, sebbene le attrezzature siano costose e richiedano un investimento iniziale; i costi di lavorazione sono compensati dai risparmi di produzione a lungo termine.
Rifiuti minimi
La produzione di ingranaggi tramite sinterizzazione genera solo circa il 3-5% di scarto di materiale, rispetto al 50% della lavorazione meccanica convenzionale.
Flessibilità del design
La microfusione a tuffo consente la creazione di geometrie complesse, tra cui sottosquadri, caratteristiche interne e profili irregolari degli ingranaggi.
Environmentally Friendly
Poiché la sinterizzazione consuma meno energia, produce meno rifiuti e offre la possibilità di riciclare le polveri metalliche, rappresenta un'opzione più sostenibile rispetto ai tradizionali ingranaggi lavorati meccanicamente.
Applicazioni degli ingranaggi sinterizzati in tutti i settori
Applicazioni Automotive
Gli ingranaggi in polvere metallica trovano ampia applicazione nei sistemi automobilistici, tra cui:
- Motorini elettrici per alzacristalli
- Trasmissioni
- Alberi a camme e alberi motore
Sono considerati ideali per i gruppi propulsori elettrici e le trasmissioni dei veicoli elettrici grazie alla loro leggerezza e resistenza alla fatica.
Power Tools
Gli ingranaggi sinterizzati vengono utilizzati anche in vari utensili elettrici, come trapani e avvitatori, grazie alla loro leggerezza e resistenza all'usura. In questi utensili, forniscono la coppia e il controllo di velocità necessari, aiutando l'utensile a mantenere la sua efficienza, riducendo al contempo rumore e vibrazioni.
Settore medico
Gli ingranaggi sinterizzati sono componenti affidabili nelle apparecchiature mediche e negli strumenti chirurgici. La loro precisione, la loro natura non reattiva e la loro affidabilità sono fondamentali nelle applicazioni in cui la sicurezza del paziente e la precisione delle apparecchiature sono fondamentali.
Apparecchiature per la casa
Gli ingranaggi sinterizzati sono comunemente presenti in elettrodomestici come lavatrici, aspirapolvere e robot da cucina. Questi ingranaggi garantiscono un movimento silenzioso e affidabile e una trasmissione di potenza costante, contribuendo alle prestazioni e alla durata complessive dell'elettrodomestico.
Macchinario industriale
Questi ingranaggi sono essenziali nei macchinari industriali, tra cui attuatori, trasportatori e sistemi di controllo del movimento, grazie alla loro precisione e durata.
Perché scegliere BLUE Powder Metallurgy?
BLUE è un dedicato produttore di metallurgia delle polveri specializzati in ingranaggi sinterizzati di precisione.
La nostra gamma di prodotti comprende ingranaggi cilindrici, ingranaggi conici, ingranaggi elicoidali e ingranaggi planetari.
Puoi esplorare una gamma completa di parti standard nel nostro SHOPoppure contattateci per soluzioni di ingranaggi personalizzate, progettate in base alle vostre specifiche.
